Résistance pneumococcique aux macrolides, aux lincosamides, aux kétolides et aux agents de la streptogramine B: mécanismes moléculaires et phénotypes de résistance

Les agents antimicrobiens MLKSB ont des structures chimiques apparentées et partagent des cibles moléculaires similaires sur la sous-unité ribosomale S de Streptococcus pneumoniae Les mutations dans l’ARNr ou les protéines ribosomales génèrent une variété de phénotypes de résistance Le phénotype M de S pneumoniae , qui prédomine en Amérique du Nord, n’offre qu’une faible résistance aux macrolides, excluant les macrolides avec anneaux au moyen d’une pompe d’efflux codée par le gène mefA. Le phénotype MLSB, prédominant en Europe, offre une résistance élevée aux macrolides, aux lincosamides. et, dans la plupart des cas, proviennent de la diméthylation de l’adénine dans l’ARNr S de la sous-unité ribosomale S. D’autres phénotypes moins fréquents proviennent d’autres modifications de l’ARNr S phénotypes ML et K ou d’un phénotype MSB de substitution acide aminé ou insertion Phéotype MKSB dans la protéine ribosomique de la sous-unité S L Dans tous les cas, la diminution de la susceptibilité à les kétolides par exemple, la télithromycine est inférieure à la diminution de la sensibilité aux autres agents MLKSB

Streptococcus pneumoniae est largement reconnu comme une cause bactérienne importante des infections des voies respiratoires et comme l’agent pathogène prédominant causant la pneumonie acquise dans la communauté Comme les médecins continuent à rechercher un traitement efficace de ces infections, il est déconcertant de constater S pneumoniae résistant à un certain nombre d’agents antimicrobiens bien connus, y compris le macrolide érythromycine Macrolides, lincosamides, cétolides et streptogramines, connus comme les agents antimicrobiens MLKSB, ont des activités antimicrobiennes similaires et des mécanismes de résistance similaires Plusieurs phénotypes de résistance MLKSB différents de S pneumoniae se produisent, dont certains ne confèrent une résistance aux macrolides Avec la connaissance du mécanisme de résistance et de son spectre de résistance, il est possible de déterminer quels agents MLKSB conservent l’activité contre les pneumocoques Sans cette information, il existe un risque de de ces agents comme résister et surestimant l’utilité clinique de certains agents antibactériens. Je me concentre sur les mécanismes sous-jacents de la résistance de S pneumoniae aux agents MLKSB, à l’exclusion d’autres espèces de Streptococcus et Staphylococcus, qui peuvent présenter une résistance. phénotypes différents de ceux de S pneumoniae Ce qui suit est passé en revue: les connaissances actuelles sur la structure ribosomique et l’assemblage des peptides, ce qui est important pour comprendre les mécanismes de la résistance aux pneumocoques; les structures moléculaires des macrolides et des médicaments apparentés et leurs mécanismes d’action, les profils de résistance phénotypique rencontrés et les mécanismes moléculaires de résistance responsables de ces pathogènes; et les raisons pour lesquelles, dans certaines conditions, les kétolides restent actifs, alors que les autres classes d’agents ne le sont pas.

Structure de ribosome et assemblage de peptides

Le ribosome S bactérien est constitué d’une grande sous-unité S et d’une petite sous-unité S, chacune comprenant un mélange d’ARN ribosomique et de protéines ribosomiques. La sous-unité S contient des ARNs S et S et des protéines structurales, désignées par L une petite sous-unité contient du S-ARNr associé à des protéines ribosomiques S-S Les protéines ribosomiques représentent environ un tiers de la masse totale du ribosome

Figure Vue grandDownload slideFigure Assemblage du ribosome S de procaryotes Reproduit de avec permissionFigure Voir grandDownload slideFigure Assemblage du ribosome S de procaryotes Reproduit de avec permissionLes agents MLKSB partagent des cibles moléculaires similaires sur la sous-unité ribosomique S bactérienne Ils fonctionnent de manière: en interférant avec l’activité de la peptidyl transférase de l’ARNr S dans la sous-unité S et en perturbant l’assemblage de la sous-unité S. Le processus de synthèse protéique implique les deux sous-unités ribosomales. L’ARNm messager ARN passe à travers une rainure à l’interface des sous-unités S et ‘Fin de l’ARNm ouvrant la voie, un peptide est formé qui sort finalement d’un tunnel qui traverse le centre de la sous-unité S. Tous les médicaments en discussion se lient au voisinage du tunnel de la sous-unité S, bloquant l’élongation et la sortie du peptide de la sous-unité ribosomale SLe deuxième mécanisme d’action de ces médicaments implique une interférence avec S ARNr subu La voie normale d’assemblage implique la transcription de S ARNr et la création de formes intermédiaires S et S. Lorsque des macrolides sont présents, par exemple, ils se lient à leur site actif pendant l’assemblage et induisent un intermédiaire défectueux qui ne peut pas se replier correctement et se dégrade par la ribonucléase pour produire des fragments d’ARNr et des protéines ribosomiques

Structure moléculaire des agents MlksB

La classe macrolide des agents antibiotiques comprend des composés avec l’érythromycine, la clarithromycine et d’autres, l’azithromycine et d’autres, et la rokitamycine et d’autres structures en anneau. Les lincosamides, comme la clindamycine et la lincomycine, ont une structure complètement différente. la même cible cellulaire que les macrolides Les antibiotiques streptograminiques, tels que la dalfopristine-quinupristine, contiennent des composants actifs, de type A et de type B, qui inhibent de manière synergique l’élongation peptidique Le composant B est le seul composant susceptible de développer une résistance aux macrolides pneumococciques. Les agents B comprennent la quinupristine et la pristinamycine IA

Figure Vue largeDownload slideFigure Structures chimiques des macrolides, lincosamides, kétolides et agents streptogramines B les antimicrobiens MLKSBFigure View largeTélécharger slideFigure Structures chimiques des macrolides, lincosamides, kétolides et streptogramines B agents les antimicrobiens MLKSBLes kétolides sont des macrolides modifiés Par exemple, le cétolide La télithromycine est produite à partir de l’érythromycine en éliminant un sucre de cladinose et en le remplaçant par un groupe cétonique. De plus, la région C- / C- de la molécule d’érythromycine est pontée par un carbamate. Enfin, pour assurer l’activité, tous les cétolides nécessitent une grande groupe latéral organique Dans le cas de la télithromycine, le groupe latéral est une extension aryl-alkyle du carbamate; pour la céthromycine, le grand groupe latéral organique est fixé en position C

Modèles de résistance phénotypique

Il existe des profils de résistance phénotypique chez S pneumoniae, désignés M, MLSB, MSB et ML, selon que l’on observe une résistance aux macrolides M et / ou aux lincosamides L et / ou aux agents streptogramines B SB Parmi ceux-ci, les phénotypes M et MLSB la grande majorité des cas d’infection pharmacorésistante Cependant, la répartition de ces différents phénotypes varie considérablement selon les régions géographiques. En France et en Espagne, par exemple, la grande majorité des souches résistantes sont du phénotype MLSB et représentent ~% des isolats résistants, En revanche, en Amérique du Nord, le phénotype M prédomine, représentant ~% -% des isolats résistants, et le phénotype MLS représente ~% -% de ces cas [, -] Le phénotype M provient de la présence d’une pompe d’efflux codée par le gène efflux de macrolide de mefA, qui élimine le médicament du tableau de protoplasme bactérien. Les phénotypes de MLSB sont attribuables à des modi fi cations ribosome-structure. cations qui empêchent les médicaments de se lier à la sous-unité S ARNr La modification prédominante implique la diméthylation de l’adénine dans l’ARNr S, codé par le gène ermB erythromycin ribosomal méthylase Autres modifications ribosomales comprennent des modifications des protéines ribosomales et des mutations de l’ARNr

Tableau View largeTélécharger slideTable Mécanismes cellulaires responsables de la résistance au MLKSB phénotypes conférant une résistance aux macrolides, lincosamides, kétolides et streptogramines B chez Streptococcus pneumoniaeTable View largeTélécharger slideTable Mécanismes cellulaires responsables de la résistance au MLKSB phénotypes conférant une résistance aux macrolides, lincosamides, kétolides et streptogramines B Chez Streptococcus pneumoniae, en général, le phénotype M est lié à l’efflux médicamenteux et le phénotype MLSB aux modifications ribosomiques. Cependant, des études ont mis en évidence un désaccord de ~% entre les classifications phénotypiques et moléculaires Dans la plupart des cas. avec le phénotype MLSB, dans lequel la pompe d’efflux est présente mais non détectable au moyen de méthodes phénotypiques standard

Mécanismes moléculaires de la résistance

La présence de la pompe d’efflux est une cause fréquente de résistance aux macrolides chez les streptocoques La protéine de pompe d’efflux MefA est spécifique des macrolides, à l’exclusion de ceux à anneau annelé Le phénotype M entraîne une résistance relativement faible, générant des souches avec un MIC -plus supérieur à celui des souches de type sauvage L’expression de la mefA entraîne également une légère diminution de la sensibilité de S pneumoniae à la cétolide télithromycine, mais la CMI reste très faible

Tableau View largeTélécharger slideTable Effet des génotypes mefA et ermB sur la sensibilité des souches de Streptococcus pneumoniae aux macrolides, lincosamides, kétolides et streptogramines B MLKSB agents antimicrobiensTable View largeTéléchargement slideTable Effet des génotypes mefA et ermB sur la sensibilité des souches de Streptococcus pneumoniae aux macrolides, lincosamides, cétolides En ce qui concerne les modifications de l ‘ARNr, différents mécanismes moléculaires ont été rapportés. La diméthylation de l’ adénine est codée par le gène ermB et représente le% des modifications ribosomiques. Les cas restants sont attribuables à des mutations de l ‘ARNr S ou à la modification de l’ ARNm. la protéine L avec ou sans mutation de l’ARNr S Toutes ces modifications affectent la région critique de l’ARNr du tunnel de synthèse peptidique de la grande sous-unité S, produisant une souche avec le phénotype MLSB. La structure dimensionnelle de la sous-unité S identifie clairement le peptide central. des synthés est tunnel Près du site de sortie du peptide naissant dans le tunnel se trouvent des nucléotides dérivés principalement des domaines de l’ARN S, domaines II et V Mutation de l’un de ces nucléotides,,,,, et peut générer le phénotype MLSB, par modifier la liaison des antimicrobiens au nucléotide et ainsi réduire la capacité des médicaments à interférer physiquement avec la synthèse peptidique Il est intéressant que la mutation du nucléotide soit associée à une résistance spécifique au kétolide L’effet de la diméthylation médiée par l’ermB de l’adénine dans le domaine V doit réduire l’affinité de liaison du macrolide pour la sous-unité S, de sorte qu’il ne soit plus capable de bloquer la sortie de la chaîne peptidique de la sous-unité. Les mutations S ARNr impliquent toutes des changements de base unique dans les régions critiques du domaine II ou V Chaque mutation altère l’affinité de liaison d’un macrolide pour un site critique Les pneumocoques ont des copies du ribosome par cellule Pour que les mutations aient un effet phénotypique, id Au fur et à mesure que le nombre de ribosomes porteurs de la mutation augmente, le niveau de résistance associé à celle-ci augmente dans le cas de la protéine ribosomique L, qui détermine en partie la conformation de la sous-unité S. ont été rapportés jusqu’ici: un changement d’acide aminé dans la région critique et une insertion d’acide aminé . Les deux mutations entraînent un rétrécissement du tunnel de synthèse peptidique et un déplacement du site de fixation du macrolide loin du tunnel, qui peut même empêcher la liaison du macrolide Certains de ces phénotypes peuvent être associés à une mauvaise croissance des bactéries hôtes et à une réversion vers le type sauvage. Ceci est particulièrement vrai du phénotype MKSB qui résulte de l’insertion d’acides aminés. Des modifications de la protéine ribosomique chez des mutants de laboratoire de pneumocoques résistants aux macrolides et de clones de pneumocoques résistants aux macrolides isolés chez des patients japonais Dans les deux cas, les mutations L étaient des mutations ponctuelles et étaient toutes associées à des modifications de S, rendant difficile l’attribution de résistance uniquement aux modifications L. Un examen approfondi de mutants créés en laboratoire a permis de trouver des souches ayant uniquement des mutations L des agents de la MKSB qui ont été multipliés par plus que ceux du type sauvage, mais qui n’ont pas donné lieu à des niveaux significatifs de résistance à l’un quelconque des agents; les mutations ne confèrent aucun changement, jusqu’à une multiplication des CMI de clindamycine. Lorsque les mutations L ont été clonées dans un contexte de type sauvage, les mêmes changements généraux ont été observés, avec la plus forte augmentation de CMI observée pour la pristinamycine, mais même en dehors de la plage résistante. Il est prédit que les mutations L modifient la géométrie du tunnel pour empêcher la liaison des macrolides , mais jusqu’à présent, aucune mutation L ne confère une résistance élevée aux macrolides. Ces mutations ne seront probablement pas détectées par les tests de sensibilité aux antimicrobiens. une mutation ribosomale commune, méthylation médiée par ermB, donne un phénotype MLSB D’autres mutations moins courantes incluent des mutations ARNr, entraînant des phénotypes MLSB, ML ou K, et des mutations protéiques ribosomiques, entraînant des phénotypes MSB et MKSB. Le phénotype MKSB est associé à l’insertion de l’acide aminé dans la protéine L, provoquant une croissance et une réversion médiocres vers le type sauvage; L’impact de l’expression de ermB sur le profil de résistance de S pneumoniae est très différent de celui de la mefA. La CMI de l’érythromycine est considérablement plus élevée pour le pneumocoque exprimant l’ermB que pour le tableau de type sauvage. dans la résistance à tous les macrolides, les lincosamides, et les agents de streptogramin B On observe également un plus petit effet sur le MIC de telithromycin

Pourquoi Ketolides « brise les règles »

Il ressort de la discussion précédente que les changements de susceptibilité de S pneumoniae aux agents MLKSB résultant de l’expression de mefA et ermB sont moins marqués pour les kétolides, tels que la télithromycine, que pour les autres agents. Une raison pour laquelle les kétolides semblent «enfreindre les règles» Les cétolides s’accumulent également plus rapidement dans les bactéries et dans une plus grande mesure que les macrolides. En outre, il est remarquable que les cétolides n’induisent pas d’ermB chez les pneumocoques avec Par ailleurs, même si les CMI des kétolides sont plus nombreux pour les pneumocoques résistants aux macrolides que pour les souches de type sauvage, les CMI restent dans la fourchette qui définit la susceptibilité Il existe de très rares cas de pneumocoques résistants aux cétolides car des modifications ribosomales, et la résistance au cétolide peut être induite dans les souches MLSB par les macrolides, mais seulement à des niveaux bas Il existe une explication structurelle Pour le comportement des kétolides Dans la figure de télithromycine, la grande, – extension aryl-alkyle augmente son affinité de liaison pour A diméthylé par ~-fold Dans le même temps, l’extension carbamate se lie très avidement au domaine II de l’ARNr, permettre une liaison étroite aux régions critiques d’ARNr même en présence de mutations qui diminuent la liaison de l’érythromycine L’absence de sucre cladinose associé aux macrolides explique le manque d’induction de l’ermB; il réduit également l’affinité de liaison de la télithromycine pour A, mais cela est compensé par l’introduction du groupe carbamate

Conclusions

Deux mécanismes majeurs sous-tendent la résistance de S pneumoniae au groupe d’antibiotiques MLKSB: modification ribosomale et efflux d’antibiotiques Les niveaux de résistance observés contre ces médicaments dépendent des contributions relatives de ces mécanismes dans une souche particulière. Les modifications ribosomiques génèrent presque toujours le phénotype MLSB D’autres phénotypes sont rarement rencontrés Les CMI associées à ces modifications sont généralement beaucoup plus élevées qu’elles ne le sont pour la résistance médiée par la mefA. En revanche, la résistance médiée par la mefA génère une résistance aux macrolides seulement, sauf dans les cas les kétolides sont uniquement actifs, conservant leur activité malgré l’émergence d’une résistance aux macrolides, aux lincosamides et aux streptogramines B